Теллурид ртути

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Теллурид ртути
Animation of zincblende unit crystal cell.gif
Кристаллическая структура
HgTe типа сфалерита
Систематическое название

Теллурид ртути(II)

Другие названия

Теллурид ртути

Химическая формула

HgTe

Эмпирическая формула

Hg1−XTe1+X,
X = 0—0,1

Внешний вид

кубические кристаллы
почти чёрного цвета

Свойства
Молярная масса

329,19 г/моль

Температура плавления

610±1 °C

Температура кипения

разл.

Температура разложения

850 °C

Плотность

8,12 г/см³

Относительная диэлектрическая проницаемость

20,8

Теплопроводность

2.7 Вт/(м·K)

Коэффициент линейного расширения

5.2×10−61/K

Структура
Кристаллическая решётка

Кубическая,
типа цинковой обманки
пространственная группа F-43m

Координационное число

4

Классификация
Регистрационный номер CAS

12068-90-5

Регистрационный номер EC

235-108-9

PubChem

82914

Код SMILES

[Te]=[Hg]

Код InChI

InChI=1S/Hg.Te

Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

Теллурид ртути — бинарное неорганическое соединение ртути (Hg) и теллура (Te) с формулой HgTe, полуметалл, с нулевой шириной запрещённой зоны при 0 К. Проявляет свойства топологической изоляции. В природе встречается в виде редкого минерала колорадоита.

Свойства теллурида ртути[править | править вики-текст]

Общие[править | править вики-текст]

Теллурид ртути является бинарным соединением, образующимся при взаимодействии эквиатомномых количеств ртути и теллура. У устойчивой кристаллической модификации имеет структуру цинковой обманки (сфалерита). Решётка состоит из двух взаимопроникающих гранецентрированных кубических решёток, смещенных одна относительно другой по диагонали куба на 1/4 её длины. От структуры кристалла алмаза эта структура отличается тем, что атомы в подрешётках различны, в частности, в HgTe одна подрешётка содержит атомы ртути, а вторая — атомы теллура. Ртуть имеет два валентных электрона (подоболочка 6s), а теллур — шесть валентных электронов (оболочка 5s и частично заполненная подоболочка 5p), и сумма валентных электронов двух ближайших атомов всегда равна восьми. Таким образом, как и в алмазе, у каждого атома будет по четыре валентных электрона для образования четырёх валентных связей, направленных вдоль осей правильного тетраэдра. Для образования четырёх валентных связей нужны четыре неспаренных электрона. Вследствие принципа Паули один из двух s-электронов должен перейти на p-орбиту. Таким образом, возникает четырёхвалентное sp3-состояние. Кроме того, в результате различия в зарядах ионов в кристаллической решётке Hg2+ и Te6+ химическая связь в HgTe имеет смешанный ионно-ковалентный характер. Другим важным свойством структуры цинковой обманки, связанным с наличием двух различных атомов, является отсутствие центра инверсии (симметрии).

Одной из особенностей теллурида ртути является то, что его состав может иметь значительные отклонения от стехиометрического состава (число атомов ртути и теллура в кристалле не равны). Поэтому свойства HgTe во многом определяются отклонениями от стехиометрического состава и наличием точечных дефектов, которые влияют на электрические свойства как атомы посторонних примесей. Поэтому данные разных исследователей о типе электропроводимости HgTe противоречивы.

Физические и электрофизические[править | править вики-текст]

Представляет собой практически чёрные кубические кристаллы с постоянной решётки 0,646 нм при 300 К. Твёрдость по Моосу 2—2,5. Объёмный модуль упругости около 42 ГПа, прочность около 300 МПа. При обычных условиях устойчива кристаллическая структура типа сфалерита, при высоких давлениях кристалл испытывает фазовый переход и приобретает тригональную сингонию типа киновари (α-HgS).

По элетрическим свойствам представляет собой полуметалл, то есть при 0 К валентные зоны соприкасаются, но не перекрываются, поэтому, в отличие от полупроводников его проводимость не равна 0 при 0 К, но, как у полупроводников, растёт при росте температуры из-за перекрытия валентной зоны и зоны проводимости.

HgTe обладает уникальным квантовым свойством — топологической изоляции, обусловленный квантовой ямой в его тонких плёнках. При этом внутри кристалл является изолятором, а в тонком внешнем слое — проводником. Впервые об признаках такого поведения сообщили О. В. Панкратов с сотрудниками в 1986 г.[1] и эффект был открыт М. Кёнигом с сотрудниками в 2007 г.[2]

Химические[править | править вики-текст]

Связи атомов в HgTe почти ковалентны и слабы. Энтальпия образования из элементов около −32 кДж/моль. Легко разлагается даже слабыми кислотами, например, органическими или бромоводородной:

\mathsf{HgTe + 2HI \ \xrightarrow{}\ HgI_2 + H_2 Te\uparrow }

Образующийся теллуроводород весьма ядовит, поэтому HgTe считается токсически опасным соединением.

Получение[править | править вики-текст]

Прямым синтезом из элементов — длительным нагреванием металлического теллура в парах ртути при повышенном давлении в запаянной кварцевой ампуле:

\mathsf{Hg + Te \ \xrightarrow{}\ HgTe }

Эпитаксиальные монокристаллические плёнки HgTe могут быть получены методом газовой эпитаксии при разложении элементоорганических соединений теллура и ртути.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Успехи физических наук 1976 г. Том 119, вып. 6
  2. Konig, Markus; Steffen Wiedmann, Christoph Brune, Andreas Roth, Hartmut Buhmann, Laurens W. Molenkamp, Xiao-Liang Qi, Shou-Cheng Zhang (2007-11-02). «Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells». Science 318 (5851): 766–770. DOI:10.1126/science.1148047. PMID 17885096. Bibcode2007Sci...318..766K.

Литература[править | править вики-текст]

  • Properties of Narrow-Gap Cadmium-Based Compounds Ed. P. Capper (INSPEC, IEE, London, UK, 1994) ISBN 0-85296-880-9.
  • Tellurium and Tellurides, D. M. Chizhikov and V. P. Shchastlivyi, 1966, Nauka Publishing, Moscow.
  • Datenblatt Quecksilbertellurid bei AlfaAesar, abgerufen am 11. Juli 2011.